一种用于碳化硅器件的场限环结终端结构、其制作方法及碳化硅器件与流程

本发明涉及半导体器件技术领域。更具体地，涉及一种用于碳化硅器件的场限环结终端结构、其制作方法、及碳化硅器件。

背景技术：

当前，传统的硅基电力电子器件的水平基本上维持在10⁹-10¹⁰w·hz，已逼近了因寄生二极管制约而能达到的硅材料的极限。而碳化硅材料具有优良的物理和电学特性，以其宽的禁带宽度、高的热导率、大的饱和漂移速度和高的临界击穿电场等独特优点，成为制作大功率、高频、耐高温、抗辐射器件的理想半导体材料。

碳化硅电力电子器件的击穿电压可达到硅器件的十倍，而导通电阻仅为硅器件的数十分之一。由于器件的击穿电压在很大程度上取决于结曲率引起的边缘强电场，因此为了缓解表面终止的结边缘处的电场集中，提高器件的实际击穿电压，需要对器件进行结终端结构的设计。结终端结构主要包括场板(fp)、场限环(flr)、结终端延伸(jte)等。

在平面结终端技术中，单纯的场板技术对耐压的提升有限，不能达到耐压要求；jte提高耐压的效率很高，但是对掺杂深度和浓度等参数过于敏感，不易控制；场限环技术能达到耐压要求，并且可以与功能区同时形成，工艺简单可控，但是单一结深的场限环结构会使得边缘电场不能有效扩展到外围区域。

因此，针对上述结构，需要一种用于碳化硅器件的场限环结终端结构，以增强对功能区的保护，并且需要提供一种用于碳化硅器件的场限环终端结构的制作方法以及一种碳化硅器件，使得在提高器件的击穿电压的同时还能简化工艺流程，降低工艺难度和工艺成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种场限环的结深自功能区向外围逐渐减小的碳化硅场限环结终端结构、其制作方法及碳化硅器件。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明一方面提供了一种用于碳化硅器件的场限环结终端结构，包括：m个场限环，其中第1场限环环绕碳化硅器件的功能区，第m个场限环环绕第(m-1)个场限环；其中第m个场限环的结深小于第(m-1)个场限环的结深，m、n为正整数，且2≤m≤m。

优选地，场限环为四面包围功能区、三面包围功能区或两面包围功能区。

优选地，从第1场限环到第m场限环的结深从1μm逐渐降为0.1μm。

优选地，场限环之间彼此等间距或不等间距隔开。

优选地，间距为1μm～5μm。

本发明的第二方面提供了一种用于碳化硅器件的场限环结终端结构的制作方法，包括：环绕碳化硅器件的功能区形成m个场限环，其中第1场限环环绕功能区，第m个场限环环绕第(m-1)个场限环；其中第m个场限环的结深小于第(m-1)个场限环的结深，m、n为正整数，且2≤m≤m。

优选地，环绕碳化硅器件的功能区形成m个场限环包括：在衬底中形成外延层，在外延层中形成碳化硅器件的功能区；在外延层表面形成光刻胶；利用掩模版对光刻胶进行光刻，形成掩模层，其中掩膜版具有间隔排列的环形透光区和不透光区，其中透光区的透光孔的密度随离开掩模版中心的距离增大而减小；以及利用所述掩模层进行离子注入，从而形成所述m个场限环。

优选地，离子注入包括：在300～500℃温度下进行不同能量和剂量组合的al离子注入，注入能量范围为：10～700kev，注入剂量范围为1×10¹³～1×10¹⁵cm^-2；在1500℃～1700℃温度范围内，氩气环境中进行10～30min的al离子激活退火。

本申请的第三方面提供了一种碳化硅器件，包括前述场限环结终端结构。

本发明的有益效果如下：

本发明所述技术方案提供一种场限环终结端的结深自功能区向外围逐渐减小的用于碳化硅器件的场限环结终端结构，一种包括该场限环结终端结构的碳化硅器件，以及碳化硅场限环结终端结构的制作方法，通过该方法可以简化工艺流程，降低工艺难度和工艺成本。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；

图1为根据本申请的用于碳化硅器件的场限环结终端结构的制作方法中使用的光刻掩模版的结构示意图；以及

图2至图4为根据本申请的用于碳化硅器件的场限环结终端结构的制作方法各个步骤的示例性剖视图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

下面参照图1至图4详细描述根据本申请的用于碳化硅器件的场限环结终端结构、其制作方法及包括根据本申请的用于碳化硅器件的场限环结终端结构的碳化硅器件。

在根据本申请的碳化硅器件的场限环结终端结构3包括m个场限环(m为大于等于2的整数)。本领域技术人员应理解，为了描述的方便和清楚，在图1至图4的实例中，以场限环数目为5为例进行阐述，即在下文根据图1至图4描述的本公开的实施例中，用于碳化硅器件的场限环结终端结构中场限环的个数均为5。本领域技术人员应理解，这只是示例性的，根据本申请的实施例并不限于此，可以根据实际应用的需要设计其他数目的场限环。

下面参照附图详细描述本公开的一个实施例。其中，图4示出了包括根据本申请的示例性碳化硅场限环结终端结构的碳化硅器件的剖视图。

如图中所示，在根据本申请的碳化硅器件包括功能区和环绕功能区的5个场限环，功能区为起到器件功能的区域。本领域技术人员应理解，在本申请中，环绕指至少部分包围，例如，四面包围、三面包围或两面包围。

也就是，第1场限环环绕功能区301，第2场限环302环绕第1场限环301，第3场限环303环绕第2场限环302，第4场限环304环绕第3场限环303，第5场限环305环绕第4场限环304。

在5个场限环中，靠近功能区边缘的场限环的结深大于远离功能区的场限环的结深。更具体地，从第1场限环301至第5场限环305，5个场限环具有逐渐减小的结深。也就是，第2场限环302的结深小于第1场限环301的结深，第3场限环303的结深小于第2场限环302的结深，第4场限环304的结深小于第3场限环303的结深，第5场限环305的结深小于第4场限环304的结深。本领域技术人员应理解，本申请并不限制场限环的结深减小的变化量，优选地，设计者可以根据需要，在自功能区的边缘向远离功能区的方向上，在本实施例中为，从第1场限环301至第5场限环305的令各自的结深按照一定梯度逐渐减小。

优选地，第1场限环301的结深到第5场限环305的结深可以从1μm逐渐降为0.1μm。

在本实施例中，5个场限环彼此可以隔开，可以是等间距隔开或者不等间距隔开，间距为1μm～5μm。

通过这样的结构，在靠近功能区处因为结深大，可以加强对功能区的保护，而在远离功能区端，结深变小，可以降低此处的尖峰电场，从而提高器件的击穿电压。

下面参照图1至图4描述根据本申请的用于碳化硅器件的场限环结终端结构的示例性制作方法。

首先，描述制作本申请碳化硅器件的场限环结终端结构的需要用到的掩模版10。

参照图1，在掩模版10中包括间隔排列的环形透光区和不透光区，由于本实例中以场限环的个数为5来举例。因此，相应地，在本实施例中，掩模版10中包括透光区为101、102、……105。透光区的个数与需要制作的场限环的个数相等。此外，在本申请中，掩模版10的中央为不透光区，不透光区与需要形成的碳化硅器件的功能区相对应。透光区101环绕位于中央的不透光区，由内而外，透光区101、102、……105被不透光区隔开。可以等间距隔开也可以不等间距隔开。

透光区101、102、……105的透光率不同，透光区101、102、……105的透光率由其包括透光孔的密度决定。透光区101、102、……105的透光率决定了曝光大小。透光孔的形状可以为圆形、方形、三角形或其他可透光形状。根据需要的透光率确定透光孔的密度分布，从而控制注入离子的计量。如图1所示，在本申请中，透光孔的密度随离开掩模版10中心的距离增大而减小。

图1中示出了矩形环形的透光区101、102、……105。本领域技术人员应理解，与本申请的场限环相应地，透光区101、102、……105的形状也可以四面环绕位于掩模版10的中央的不透光区，三面环绕位于掩模版10的中央的不透光区、或者两面环绕位于掩模版10的中央的不透光区。例如，在掩模版10的平面图中，所呈现的透光区的形状可以为方形、u型或v型。或其它满足上述环绕条件的其他环形。

下面描述根据本申请的用于碳化硅器件的场限环结终端结构的制作方法的流程。

在步骤1中，在衬底上形成外延层1，并在外延层1上形成碳化硅器件的功能区(在图2中未示出)，衬底类型和外延层1的导电类型可以相同，均可以为第一导电类型，本领域技术人员应理解，在外延层1表面涂覆一层光刻胶，并利用本申请中设计的掩模版10进行光刻、显影和碳化处理。基于掩模版10不同区域而具有的不同的透光能力，光刻胶对应区域的曝光程度不同；对曝光后的光刻进行显影，形成了厚度变化的掩模层2。基于曝光程度不同，不同区域的光刻胶具有不同的腐蚀情况。具体地，与掩模版10中不透光区相对应的区域光刻胶完全保留，在掩模层2的、与掩模版10中透光区101、102、……105对应的区域，曝光程度随着透光率的减小而逐渐降低，掩模层2的厚度，从功能区边缘向远离功能区的方向，掩模层2的厚度逐渐增加。对掩模层2进行高温碳化作为离子注入的阻挡层。

在步骤2中，对第一导电类型碳化硅外延层进行第二导电类型注入，获得包括第二导电类型的结深梯度变化的场限环301至305构成的场限环结终端结构3。其中，当第一导电类型为p型时，第二导电类型为n型，当第一导电类型为n型时，第二导电类型为p型。第二导电类型的场限环结终端结构3掺杂浓度可以大于或等于1.0×10¹⁸cm^-3。

形成的第1场限环环绕功能区301，第2场限环302环绕第1场限环301，第3场限环303环绕第2场限环302，第4场限环304环绕第3场限环303，第5场限环305环绕第4场限环304。

在5个场限环中，靠近功能区边缘的场限环的结深大于远离功能区的场限环的结深。更具体地，从第1场限环301至第5场限环305，5个场限环具有逐渐减小的结深。也就是，第2场限环302的结深小于第1场限环301的结深，第3场限环303的结深小于第2场限环302的结深，第4场限环304的结深小于第3场限环303的结深，第5场限环305的结深小于第4场限环304的结深。本领域技术人员应理解，本申请并不限制场限环的结深减小的变化量，优选地，设计者可以根据需要，在自功能区的边缘向远离功能区的方向上，在本实施例中为，从第1场限环301至第5场限环305的令各自的结深按照一定梯度逐渐减小。

优选地，结深可以从1μm逐渐降为0.1μm。但应理解这仅是示例性地，且并不限于此，可以根据需要适当调整掺杂浓度以及结深。场限环301至305可以是等间距隔开或者不等间距隔开，间距为1μm～5μm。

具体地，可以在300℃～500℃温度下进行不同能量和剂量组合的al离子注入，注入能量范围为：10～700kev，注入剂量范围为1×10¹³～1×10¹⁵cm^-2。优选地，在400℃温度下进行不同能量和剂量组合的al离子注入，注入能量分别为：500kev、280kev、30kev，注入剂量分别为7.8×10¹⁴cm^-2、5.2×10¹⁴cm^-2、8.6×10¹³cm^-2；在1500℃～1700℃温度范围内，氩气环境中进行10～30min的al离子激活退火，获得第二导电类型结深梯度变化的场限环301至305的场限环结终端结构3。

在步骤4中，如图3所示，去掉碳化硅器件表面上剩余的掩模层2。

在步骤5中，制作阴极和阳极电极，经此方法得到的碳化硅器件，包括位于功能区外围的结深逐渐减小的场限环结终端结构3。

根据本申请的包括用于碳化硅器件的场限环结终端结构的碳化硅器件可以在靠近器件的功能区的场限环的结深大，以增强对器件功能区的保护，在远离器件的功能区的场限环结深小，降低此处的尖峰电场。而通过如上制作方法，降低了工艺的复杂性和难度，易于产业化。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。